Tarcie niemal wyeliminowane - co to oznacza?

Grafika przedstawiająca nowy mechanizm do eliminacji tarcia. Widzimy tutaj złote nanocząsteczki diamentu, niebieskie nanozwoje grafenu, zieloną warstwę grafenu oraz czarną warstwę węgla diamentopodobnego. / Sanket Deshmukh, Joseph Insley, and Subramanian Sankaranarayanan, Argonne National Laboratory

Około 1/3 paliwa zużywanego przez nasze samochody jest spalane tylko po to, aby pokonać tarcie. Ten zespół zjawisk znacząco ogranicza też żywotność i efektywność wszelkich urządzeń, w których ważną rolę odgrywają elementy mechaniczne – można zatem wspomnieć tutaj chociażby o dyskach twardych, układach nanoelektromechanicznych czy turbinach wiatrowych. Dlatego właśnie najnowsze osiągnięcie naukowców Argonne Leadership Computing Facility jest tak istotne – udało im się stworzyć nowy hybrydowy materiał, który prawie całkowicie eliminuje występowanie tarcia.

Naukowcy wykorzystali superkomputer Mira do przeprowadzenia symulacji mających na celu udoskonalenie nowego mechanizmu do eliminacji tarcia. Eksperyment doprowadził do zaprojektowania hybrydowego materiału, który znacząco zmniejsza występowanie tarcia w mikroskali. Udało się to dzięki odkryciu, że gdy warstwy grafenu i DLC (węgla diamentopodobnego) ślizgają się po sobie, ten pierwszy zwija się i tworzy w ten sposób puste w środku, cylindryczne zwoje. To właśnie dzięki nim tarcie jest prawie całkowicie eliminowane.

Zespół naukowców nie odkrył tego od razu. Swoje badania rozpoczął od eksperymentu, w którym warstwy grafenu ślizgały się po stalowej kuli z DLC. Współczynnik tarcia był bardzo niski, ale jednocześnie mocno się wahał. Dzięki symulacjom na superkomputerze Mira udało się rozwiązać zagadkę – za wszystkim stał zwijający się grafen, który zmniejszał tarcie w momencie formowania i przywracał go do normy, gdy zostawał spłaszczony. W tym miejscu naukowcy postanowili dodać nanodiamenty, które zapobiegały przed spłaszczeniem grafenu. I to był strzał w dziesiątkę.

Jest to niezwykle ważne odkrycie. Może doprowadzić do tworzenia różnego typu urządzeń, które będą bardziej wydajne (przy zachowaniu obecnych technologii) i jednocześnie będą się charakteryzować wydłużoną żywotnością. Jedyny poważny problem obecnie to fakt, że nowe rozwiązania w ogóle nie sprawdza się w wilgotnym środowisku – tarcie wzrasta tam nawet 100-krotnie. Jest tak, ponieważ woda nie pozwala na formowanie się zwojów. Być może i to uda się rozwiązać. Z drugiej strony, nie można przecież mieć wszystkiego, prawda?

Źródło: ScienceDaily